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  作者：鄭曉敏  

  造成可再生能源消納困難的原因一方面是可再生能源自身的波動(dòng)性和隨機(jī)性：另一方面是電網(wǎng)的約束。當(dāng)系統(tǒng)調(diào)峰能力、備用容量，或者線路、斷面?zhèn)鬏斎萘坎蛔銜r(shí)，電網(wǎng)消納能力有限，就會(huì)被迫棄風(fēng)、棄光。另外，由可再生能源發(fā)電波動(dòng)引起的電壓穩(wěn)定問題，也是近年來(lái)影響可再生能源消納的突出原因。

    提高電網(wǎng)對(duì)可再生能源的消納能力成為近年來(lái)研究的重點(diǎn)領(lǐng)域。提出的風(fēng)電與火電、

抽蓄、光伏電源相結(jié)合的協(xié)調(diào)控制策略．能有效降低風(fēng)電波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響。也有大量文獻(xiàn)討論了利用儲(chǔ)能裝置改善風(fēng)電的出力特性。還有一些文獻(xiàn)討論了高可再生能源滲透率場(chǎng)景下的電網(wǎng)阻塞管理、備用決策，以及可再生能源接人背景下的電壓控制等問題。

    當(dāng)外送能力受限時(shí)．提高地區(qū)電網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力、增加本地消納是提高可再生能源消納能力的本質(zhì)。然而，僅進(jìn)行電源、電網(wǎng)側(cè)協(xié)調(diào)，還不足以很好地解決消納問題。引入儲(chǔ)能設(shè)施，又會(huì)增加額外的運(yùn)行成本．在這樣的背景下．利用負(fù)荷端的調(diào)節(jié)潛力促進(jìn)可再生能源消納開始受到關(guān)注．

    對(duì)電力系統(tǒng)負(fù)荷控制調(diào)度已經(jīng)有一定的研究。討論了智能電網(wǎng)內(nèi)“源一網(wǎng)一荷”的協(xié)調(diào)運(yùn)行控制架構(gòu)，給出了柔性負(fù)荷與電網(wǎng)進(jìn)行互動(dòng)的分析框架。研究了利用電價(jià)引導(dǎo)電解負(fù)荷進(jìn)行移峰的效果。類似的，提出通過(guò)對(duì)企業(yè)內(nèi)可調(diào)性較高的負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié)來(lái)錯(cuò)開高峰用電，減少企業(yè)電力成本，、這些研究說(shuō)明，在電網(wǎng)和工業(yè)負(fù)荷尤其是可調(diào)性較高的高載能負(fù)荷之間建立協(xié)調(diào)機(jī)制，可以形成雙贏的局面。然而，這些研究?jī)H涉及工業(yè)企業(yè)在給定價(jià)格下的內(nèi)部運(yùn)行優(yōu)化．沒有提及電網(wǎng)和企業(yè)間的協(xié)調(diào)機(jī)制。通過(guò)按季度對(duì)高載能用戶制定分時(shí)電價(jià)來(lái)參與系統(tǒng)調(diào)峰．提高系統(tǒng)風(fēng)電消納能力。但是高載能負(fù)荷不參與電網(wǎng)的直接調(diào)節(jié),按季度制定電價(jià)并不能充分發(fā)揮高載能負(fù)荷的參與消納可再生能源的調(diào)節(jié)能力。

    甘肅電網(wǎng)是一個(gè)兼具可再生能源發(fā)電基地以及大量高載能企業(yè)的典型電網(wǎng)．如果能夠?qū)⑦@些高載能企業(yè)充分利用起來(lái)參與電網(wǎng)調(diào)度，以增加可再生能源消納，將有希望創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

    針對(duì)利用高載能負(fù)荷促進(jìn)可再生能源消納的具體問題，結(jié)合甘肅電網(wǎng)實(shí)際情況，本文提出綜合考慮高載能負(fù)荷、電網(wǎng)和電源的“荷一網(wǎng)一源”協(xié)調(diào)控制思想，建立了考慮高載能企業(yè)隱私的分布式調(diào)度的閉環(huán)協(xié)調(diào)求解模型，通過(guò)算例進(jìn)行了初步的效益分析。

1  甘肅可再生能源和高載能企業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1  甘肅可再生能源發(fā)展現(xiàn)狀

    中國(guó)雖然可再生能源儲(chǔ)量大，但分布不均，從規(guī)劃的和已有的可再生能源發(fā)電裝機(jī)容量來(lái)看，呈現(xiàn)發(fā)電區(qū)域和用電區(qū)域逆分布的特點(diǎn)。

    圖1給出了甘肅電網(wǎng)和青海750 kV的簡(jiǎn)圖。其中甘肅和青海的750 kV線路主要功能是用于新疆、青海、甘肅等地的可再生能源電力外送。根據(jù)實(shí)際調(diào)研情況，甘肅地區(qū)的風(fēng)電、光伏等可再生能源主要集中在瓜州變電站、玉門變電站和嘉峪關(guān)變電站附近地區(qū)，其中，瓜州變電站附近的風(fēng)電裝機(jī)近500 MW,光伏裝機(jī)近600 MW,主要通過(guò)敦煌變電站接入750 kV外送線路：玉門嘉峪關(guān)附近風(fēng)電裝機(jī)近1 000 MW．光伏裝機(jī)近600 MW,主要通過(guò)酒泉變電站接入750 kV外送線路。但是，750 kV線路上的敦魚斷面、泉魚斷面受制于新疆外送和青海光伏外送電力，其外送能力有限。

    而對(duì)于甘肅電網(wǎng)而言，其依靠本地常規(guī)負(fù)荷接納風(fēng)電能力有限，省內(nèi)傳統(tǒng)火電水電的發(fā)展速度遠(yuǎn)低于可再生能源發(fā)展，如果只通過(guò)甘肅電網(wǎng)省內(nèi)火電水電機(jī)組進(jìn)行調(diào)峰．當(dāng)?shù)氐膫鹘y(tǒng)電站難以提供足夠的備用和調(diào)峰能力．可再生能源發(fā)出的電力難以消納，只能棄風(fēng)棄光。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在2013年時(shí)，甘肅棄風(fēng)電量31.02億kW·h，棄風(fēng)率為20.65%：棄光電量3.03億kW·h，棄光率為13.78%，隨著新建成的可再生能源電站的投入運(yùn)營(yíng)，棄電情況會(huì)愈發(fā)嚴(yán)重。

1.2  甘肅高載能企業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

    為改善可再生能源消納，并促進(jìn)西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，國(guó)家制定了一系列產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移政策，在瓜州、玉門大型可再生能源基地附近建設(shè)了一些高載能企業(yè)園區(qū)。如果能合理利用、調(diào)度高載能設(shè)備．將直接緩解可再生能源外送壓力，就地減少棄風(fēng)棄光。例如，瓜州地區(qū)通過(guò)廠變壓器直接接入瓜州變的三新硅公司，其陸續(xù)投產(chǎn)的碳化硅設(shè)備負(fù)荷在2015年年底將達(dá)到330 MW;同樣在嘉峪關(guān)地區(qū)，酒泉鋼鐵公司的90萬(wàn)t鋼鐵負(fù)荷通過(guò)園區(qū)變接入酒鋼變電站，此外，其一期45萬(wàn)t700 MW的電解鋁負(fù)荷也將接入酒鋼變。這些高載能企業(yè)參與可再生能源消納不受送電斷面容量的限制。此外，電解、冶煉等生產(chǎn)設(shè)備作為高載能負(fù)荷的主要組成，其生產(chǎn)安排具有一定的靈活性．負(fù)荷本身也具備一定的調(diào)節(jié)能力，這對(duì)于增強(qiáng)電網(wǎng)面向可再生能源消納的調(diào)節(jié)能力而言，是極其寶貴的資源：同時(shí)，部分高載能企業(yè)還配備了自備電廠，如酒鋼集團(tuán)僅接入酒鋼變的一個(gè)自備電廠，裝機(jī)容量近850 MW，而這些高載能企業(yè)白備電廠基本不參與電網(wǎng)調(diào)度。如果建立合理的機(jī)制．促使這些自備電廠參與到電網(wǎng)的調(diào)節(jié)中，這些常規(guī)能源發(fā)電設(shè)施也會(huì)是提高電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力的重要因素。

1.3高載能企業(yè)可調(diào)節(jié)性和參與協(xié)調(diào)積極性分析

    高載能企業(yè)中的可調(diào)節(jié)負(fù)荷主要分為2類：一類是以電解鋁負(fù)荷為代表的連續(xù)調(diào)節(jié)可中斷負(fù)荷：另一類是碳化硅為代表的離散調(diào)節(jié)負(fù)荷。連續(xù)調(diào)節(jié)可中斷負(fù)荷的調(diào)節(jié)特點(diǎn)是啟動(dòng)后能夠在一定范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)用電功率，且能夠在允許的時(shí)間尺度范圍內(nèi)進(jìn)行中斷操作而不影響設(shè)備安全。離散調(diào)節(jié)負(fù)荷的特點(diǎn)則是以爐（槽）為單位，可以調(diào)節(jié)投退的爐（槽）數(shù)量。除去可調(diào)節(jié)負(fù)荷外，若將高載能企業(yè)整體視為等值負(fù)荷，那么其中的自備電廠也是重要的可調(diào)節(jié)對(duì)象。

    在具備可調(diào)節(jié)性的同時(shí)，高載能企業(yè)的另一個(gè)突出特點(diǎn)就是用電成本的敏感性。以某電解鋁公司為例，用電成本占其總生產(chǎn)成本的40.91%。而在某非金屬冶煉企業(yè)，由于市場(chǎng)因素和用電成本，其經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)量（低于40%）。此外．由于高載能企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)，企業(yè)之間往往并不想泄漏自己的內(nèi)部設(shè)備信息。這一現(xiàn)狀的重要啟示是：(1)在消納可再生能源方面，高載能企業(yè)還有相當(dāng)大的潛力有待挖掘；(2)通過(guò)合理的設(shè)計(jì)激勵(lì)機(jī)制，高載能企業(yè)將有較強(qiáng)的積極性參與協(xié)調(diào)；(3)“荷一網(wǎng)一源”協(xié)調(diào)控制需要考慮到用戶的隱私問題。

    面對(duì)高載能企業(yè)在消納可再生能源方面的巨大潛力，本文提出了將含高載能企業(yè)在內(nèi)的負(fù)荷與電網(wǎng)．以及含可再生能源的電源相互協(xié)調(diào)的“荷一網(wǎng)一源”協(xié)調(diào)控制體系．設(shè)計(jì)了考慮高載能企業(yè)隱私的“荷一網(wǎng)一源”分布式調(diào)度架構(gòu)。

2  “荷一網(wǎng)一源”協(xié)調(diào)控制的關(guān)鍵問題

2.1  高載能企業(yè)參與“荷一網(wǎng)一源”協(xié)調(diào)控制機(jī)理

    高載能企業(yè)的可調(diào)節(jié)特性是其參與“荷一網(wǎng)一源”協(xié)調(diào)控制的核心。不同時(shí)間尺度上，高載能企業(yè)的可調(diào)節(jié)特性有所區(qū)別。與電力調(diào)度體系相對(duì)應(yīng)．在日前．高載能企業(yè)可以對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的總體啟動(dòng)、停運(yùn)、維護(hù)檢修計(jì)劃做出安排：因?yàn)樯�產(chǎn)計(jì)劃涉及工人工時(shí)、原材料運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)，所以產(chǎn)品生產(chǎn)總量等計(jì)劃也應(yīng)提前做出：在日內(nèi)，企業(yè)可以在滿足各項(xiàng)生產(chǎn)條件的前提下靈活調(diào)整各時(shí)段的產(chǎn)量，甚至可以在外部條件允許的情況下面對(duì)電價(jià)激勵(lì)做出增產(chǎn)／減產(chǎn)決定：在實(shí)時(shí)運(yùn)行過(guò)程巾．連續(xù)調(diào)節(jié)以及可中斷的負(fù)荷可以響應(yīng)電網(wǎng)需求參與快速調(diào)節(jié)：在電網(wǎng)故障等緊急情況下，高載能負(fù)荷也能根據(jù)預(yù)案采取一系列緊急控制策略，以減少故障影響。而高載能企業(yè)內(nèi)自備電廠具有和系統(tǒng)內(nèi)常規(guī)機(jī)組類似的調(diào)節(jié)特性，可以采用同樣的方式進(jìn)行調(diào)度。

    根據(jù)高載能企業(yè)的可調(diào)節(jié)特性，“荷一網(wǎng)一源”協(xié)調(diào)控制也在多時(shí)間維度上進(jìn)行。在日前(24 h)，基于風(fēng)／光電預(yù)測(cè)、負(fù)荷預(yù)測(cè)以及給定的機(jī)組、線路檢修計(jì)劃，將高載能企業(yè)納入到機(jī)組組合的框架中；在日內(nèi)，通過(guò)滾動(dòng)調(diào)度(4~6 h)，利用精度更高的風(fēng)/光電預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，不斷修正調(diào)度計(jì)劃，高載能企業(yè)中一些可以連續(xù)調(diào)節(jié)和快速啟停的負(fù)荷可以參與這一階段的調(diào)度；在實(shí)時(shí)調(diào)度(<15 min)階段，快速調(diào)節(jié)機(jī)組、高載能企業(yè)中的快速調(diào)節(jié)負(fù)荷聯(lián)合調(diào)度，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功率平衡：在實(shí)時(shí)控制階段，若系統(tǒng)內(nèi)源、網(wǎng)側(cè)的調(diào)度資源不足時(shí)，還可以進(jìn)一步利用高載能企業(yè)內(nèi)的調(diào)節(jié)手段抵消可再生能源波動(dòng)帶來(lái)的影響。

2.2  高載能企業(yè)的調(diào)度控制模型

    建立合理的高載能企業(yè)調(diào)度模型是進(jìn)行“荷一網(wǎng)一源”協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)。合理的模型應(yīng)該具備以下特點(diǎn)：(1)充分反映高載能企業(yè)在不同時(shí)間尺度的調(diào)節(jié)能力，準(zhǔn)確描述高載能企業(yè)的各類運(yùn)行約束：(2)充分考慮高載能企業(yè)的利益訴求，準(zhǔn)確刻畫其響應(yīng)特點(diǎn)；(3)具有較好的數(shù)學(xué)性質(zhì)，便于后續(xù)優(yōu)化問題的求解。

    對(duì)調(diào)節(jié)能力和運(yùn)行約束的建模建立在對(duì)高載能企業(yè)內(nèi)可調(diào)設(shè)備特性的充分認(rèn)知上一高載能企業(yè)中，對(duì)自備電廠的建模和普通機(jī)組的建模類似；而對(duì)可調(diào)負(fù)荷的建模則暫無(wú)成熟的方法  如何描述負(fù)荷的可中斷特性、各類特殊的工藝約束、流程約束以及來(lái)自于企業(yè)經(jīng)營(yíng)決策的其他約束都亟待探索。進(jìn)一步，模型還需要根據(jù)不同約束起作用的時(shí)間尺度，與不同階段的調(diào)度控制問題相匹配。其次，并不能簡(jiǎn)單將高載能企業(yè)視為電網(wǎng)的調(diào)節(jié)對(duì)象。高載能企業(yè)的模型應(yīng)該充分反映其逐利行為特點(diǎn)．模型應(yīng)該包含對(duì)電價(jià)、商品價(jià)格等外部條件的響應(yīng)過(guò)程。

    從協(xié)調(diào)問題本身出發(fā)．高載能企業(yè)的調(diào)度模型還應(yīng)具有較好的數(shù)學(xué)性質(zhì)，以保證問題求解效率。例如，含盡量少的離散變量、盡量避免非線性、非凸環(huán)節(jié)等。給出了連續(xù)中斷可調(diào)的電解鋁負(fù)荷和離散可調(diào)的碳化硅負(fù)荷的調(diào)度模型。本文重點(diǎn)在于分布式調(diào)度控制的建立，所以高載能負(fù)荷模型采用中的電解鋁模型作為連續(xù)可調(diào)高載能負(fù)荷的模型，用于驗(yàn)證分布式調(diào)度模型的可行性。

2.3  高載能企業(yè)參與“荷一網(wǎng)一源”的協(xié)調(diào)模式

    與發(fā)電企業(yè)相比，高載能企業(yè)是更為復(fù)雜的利益主體．為了保證高載能企業(yè)具有參與“荷一網(wǎng)一源”協(xié)調(diào)的積極性，需要謹(jǐn)慎設(shè)計(jì)參與模式。目前．幾種較常用的協(xié)調(diào)模式可作為備選。

    (1)基于合同的直接調(diào)控模式。建立電源、電網(wǎng)和負(fù)荷的三方合約，在合約規(guī)定下，高載能企業(yè)將部分可調(diào)節(jié)負(fù)荷和自備電廠交由電網(wǎng)調(diào)度調(diào)節(jié)。這種控制模式需要解決的關(guān)鍵問題是如何在保護(hù)商業(yè)機(jī)密的前提下使得電網(wǎng)的調(diào)度決策不對(duì)高載能企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)行帶來(lái)負(fù)面影響。

    (2)基于全局效益的開環(huán)協(xié)調(diào)模式。電網(wǎng)運(yùn)行部門根據(jù)可再生能源和其他負(fù)荷的狀態(tài)對(duì)高載能企業(yè)的運(yùn)行給出指導(dǎo)性建議，并在事后根據(jù)高載能企業(yè)參與調(diào)度的貢獻(xiàn)進(jìn)行效益分成。這種模式需要解決的關(guān)鍵問題是如何對(duì)高載能企業(yè)在可再生能源消納中的貢獻(xiàn)進(jìn)行合理的事后評(píng)估一

    (3)基于分布式調(diào)度的閉環(huán)協(xié)調(diào)模式一在這種模式下．高載能企業(yè)本地的自律優(yōu)化和系統(tǒng)級(jí)的全局優(yōu)化同步進(jìn)行，在此過(guò)程中高載能企業(yè)與系統(tǒng)充分交互信息，在保證高載能自主性和隱私的基礎(chǔ)上使全局的決策更優(yōu)  這種模式要解決的關(guān)鍵問題包括交互信息的選擇和分布式優(yōu)化模型的建立、求解，對(duì)工程實(shí)踐的要求也較高。實(shí)際中高載能生產(chǎn)設(shè)備信息往往含有商業(yè)秘密，企業(yè)并不希望將實(shí)際生產(chǎn)的流程和數(shù)據(jù)泄漏。因此本文主要針對(duì)第3種方法進(jìn)行研究。

3  考慮高載能企業(yè)隱私的分布式協(xié)調(diào)調(diào)度模型

  分布式協(xié)調(diào)調(diào)度模型的主要特點(diǎn)是將外部電網(wǎng)和高載能企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng)作為2個(gè)主體進(jìn)行分別求解。在求解過(guò)程中，2個(gè)主體之間通過(guò)交換邊界信息進(jìn)行相互之間的協(xié)調(diào)。建立了求解電力系統(tǒng)考慮安全約束機(jī)組組合問題的分布式協(xié)調(diào)算法，但是并沒有考慮負(fù)荷參與調(diào)度的問題。

    本文采用電網(wǎng)考慮安全約束的機(jī)組組合(SCUC)模型，目標(biāo)函數(shù)是電網(wǎng)運(yùn)行成本最

小，該優(yōu)化問題為混合整數(shù)線性優(yōu)化問題( MILP)。同時(shí)，本文對(duì)模型進(jìn)行了擴(kuò)展，加入了高載能企業(yè)內(nèi)部的電網(wǎng)模型和生產(chǎn)模型作為協(xié)調(diào)主體．目標(biāo)函數(shù)為在滿足訂單要求的約束下高載能企業(yè)運(yùn)行成本最小。高載能企業(yè)的模型同樣為MILP模型．協(xié)調(diào)兩個(gè)線性優(yōu)化問題的變量為聯(lián)絡(luò)線功率計(jì)劃和節(jié)點(diǎn)電價(jià)信息。本文涉及的2個(gè)優(yōu)化模型均為線性的MILP模型，滿足使用分布式協(xié)調(diào)調(diào)度方法的要求．可以使用分解協(xié)調(diào)的方式進(jìn)行求解。因?yàn)楦咻d能企業(yè)只需要將聯(lián)絡(luò)線功率計(jì)劃和節(jié)點(diǎn)電價(jià)信息上傳到調(diào)度中心，而并不需要上傳設(shè)備的參數(shù)信息，所以分布式協(xié)調(diào)調(diào)度模型保護(hù)了高載能企業(yè)的隱私和利益，促使其參與“荷一網(wǎng)一源”協(xié)調(diào)調(diào)度。

    本文的分布式調(diào)度中．高載能企業(yè)允許從電網(wǎng)購(gòu)電或向電網(wǎng)售電，其單位電價(jià)根據(jù)電網(wǎng)給出的邊際電價(jià)進(jìn)行結(jié)算。圖2給出了分布式協(xié)調(diào)調(diào)度的迭代優(yōu)化過(guò)程。若不滿足收斂條件，則電網(wǎng)根據(jù)新的交換功率重新進(jìn)行考慮安全約束的機(jī)組組合計(jì)算，并進(jìn)行下發(fā)電價(jià)信息等迭代過(guò)程。若滿足收斂條件．則模型則停止迭代，得到優(yōu)化后的電網(wǎng)和高載能企業(yè)內(nèi)網(wǎng)機(jī)組組合和高載能設(shè)備生產(chǎn)計(jì)劃。

    為縮減迭代步驟．增加計(jì)算效率，本文對(duì)通過(guò)求解分解協(xié)調(diào)的增廣拉格朗日松弛問題

的分解協(xié)調(diào)算法進(jìn)行了修改，加入了輔助問題原則(auxiliary problem principle)的數(shù)學(xué)方法。該方法主要是對(duì)模型的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行修改．加入包含協(xié)調(diào)信息的輔助項(xiàng)來(lái)加速收斂。在第k步迭代時(shí)，在電網(wǎng)側(cè)的目標(biāo)函數(shù)中為

式巾：gsys為電網(wǎng)SCUC的目標(biāo)函數(shù)，表示電網(wǎng)的運(yùn)行成本：zeie為迭代時(shí)通過(guò)求解電網(wǎng)優(yōu)化問題得到的交換功率計(jì)劃向量，其序列中各點(diǎn)對(duì)應(yīng)調(diào)度周期里每個(gè)時(shí)間段內(nèi)電網(wǎng)下發(fā)的交換功率計(jì)劃：zeie,k-1為之前一步迭代時(shí)求解電網(wǎng)優(yōu)化問題得到的交換功率計(jì)劃向量：;ZEIE,k-1為表示前一步迭代時(shí)求解高載能企業(yè)優(yōu)化問題得到的交換功率計(jì)劃向量：y，a為輔助項(xiàng)的系數(shù)，其數(shù)值根據(jù)實(shí)際環(huán)境進(jìn)行設(shè)置。

    在求解高載能企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng)的機(jī)組組合和高載能生產(chǎn)計(jì)劃時(shí)，同樣在目標(biāo)函數(shù)中加入輔助項(xiàng)式中：fEIE為高載能企業(yè)在滿足訂單要求情形下的運(yùn)行成本：ZEIE為迭代時(shí)求解高載能企業(yè)優(yōu)化問題得到的交換功率計(jì)劃向量：Zeie,k-1為之前一步迭代時(shí)求解高載能企業(yè)優(yōu)化問題得到的交換功率計(jì)劃相量：zEIE.k-1為前一步迭代時(shí)求解電網(wǎng)優(yōu)化問題得到的交換功率計(jì)劃向量；y，a數(shù)值與式(1)相同。

    分布式協(xié)調(diào)方法的關(guān)鍵在于協(xié)調(diào)算子的選取，本文選取了節(jié)點(diǎn)電價(jià)信息作為協(xié)調(diào)算子。除了節(jié)點(diǎn)電價(jià)．本文還引入了聯(lián)絡(luò)點(diǎn)交換功率計(jì)劃作為迭代的信息變量，在每次迭代時(shí)都會(huì)更新。為了增加迭代的率,本文使用了次梯度方法來(lái)對(duì)協(xié)調(diào)算子進(jìn)行更新。

式(3)用于高載能企業(yè)側(cè)優(yōu)化問題求解完成后的節(jié)點(diǎn)電價(jià)修正，式(4)用于電網(wǎng)側(cè)優(yōu)化問題求解完成后的節(jié)點(diǎn)電價(jià)修正。式(3)中，系數(shù)p的數(shù)值根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置：λEIE,k+1是求解高載能企業(yè)優(yōu)化問題后，根據(jù)第k步得到的高載能側(cè)優(yōu)化得到的交換功率計(jì)劃向量zEIE,k和電網(wǎng)側(cè)優(yōu)化得到的交換功率向量zeie,k對(duì)電網(wǎng)側(cè)下發(fā)的節(jié)點(diǎn)電價(jià)進(jìn)行修正后得到的修正節(jié)點(diǎn)電價(jià)，若不滿足收斂條件，該電價(jià)會(huì)上傳給電網(wǎng)進(jìn)行下一步迭代：式(4)中各項(xiàng)含義類似于式(3)，用于表示在電網(wǎng)側(cè)的節(jié)點(diǎn)電價(jià)修正方法。需要說(shuō)明的是．第一步迭代使用的初始節(jié)點(diǎn)電價(jià)是在不考慮高載能企業(yè)參與協(xié)調(diào)時(shí)，求得的聯(lián)絡(luò)點(diǎn)上的節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)。

迭代過(guò)程的收斂判據(jù)為

    式(5)為基于邊際電價(jià)的收斂判據(jù)，式(6)為基于交換功率的收斂判據(jù)。其中任意一個(gè)判據(jù)在計(jì)算時(shí)均可以使用，用于判斷迭代過(guò)程是否收斂。

    這樣，通過(guò)迭代，分布式調(diào)度模型實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)側(cè)“網(wǎng)一源”和高載能企業(yè)的“荷”之間的協(xié)調(diào)調(diào)度。該模型保護(hù)了高載能企業(yè)的隱私，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)和企業(yè)的協(xié)調(diào)優(yōu)化。

4算例分析

    為展示高載能企業(yè)參與“荷一網(wǎng)一源”協(xié)調(diào)的必要性．以及高載能企業(yè)在促進(jìn)可再生能源消納方面的作用，并驗(yàn)證分布式協(xié)調(diào)調(diào)度模型．本文構(gòu)建了由IEEE 39節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的輸電系統(tǒng)和高載能企業(yè)內(nèi)部的電網(wǎng)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。高載能企業(yè)內(nèi)含有3臺(tái)自備機(jī)組、1個(gè)電解鋁槽（連續(xù)調(diào)節(jié)可中斷負(fù)荷）以及1個(gè)包含4個(gè)爐的碳化硅負(fù)荷（離散調(diào)節(jié)負(fù)荷）。高載能企業(yè)通過(guò)變壓器接入上級(jí)網(wǎng)絡(luò)。

    首先．假定高載能企業(yè)不與電網(wǎng)進(jìn)行協(xié)調(diào)．而僅靠其自備電廠自給自足．在此情形下．可以計(jì)算得到高載能企業(yè)以及其接入節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的邊際用電成本曲線。圖4展示了在某一工作日，雙方成本曲線的變化趨勢(shì)。從圖4可見，隨著用電負(fù)荷的變化．兩邊的用電成本高低不一．存在一定的差值。從經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度而言．當(dāng)雙方出現(xiàn)價(jià)格差時(shí)．進(jìn)行交易會(huì)使雙方的效益同時(shí)得到改善．雙方的總利潤(rùn)也會(huì)相應(yīng)提高。圖5展示了將高載能企業(yè)與電網(wǎng)聯(lián)合調(diào)度時(shí)雙方的電量交易結(jié)果．可以看到，在最優(yōu)的交易方式下，雙方的交易量和用電成本差是密切相關(guān)的．當(dāng)高載能企業(yè)用電成本較低的時(shí)刻,其甚至可以通過(guò)向電網(wǎng)售電來(lái)獲取額外的利潤(rùn)。

    可再生能源的接入會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)用電成本變化的更劇烈．尤其是在棄風(fēng)／棄光發(fā)生時(shí)．系統(tǒng)的邊際用電成本會(huì)將為0或負(fù)值。而通過(guò)協(xié)調(diào)．這樣的信息可以傳遞到高載能企業(yè)端．使其充分調(diào)動(dòng)可調(diào)節(jié)資源，消納低價(jià)電能。這對(duì)電源、電網(wǎng)和企業(yè)而言，是多方共贏的。圖6a）展示了一種高載能負(fù)荷不參與協(xié)調(diào)的棄風(fēng)場(chǎng)景。接人系統(tǒng)的2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)中．有一個(gè)由于系統(tǒng)下旋備用不足以及傳輸容量限制，出現(xiàn)了較嚴(yán)重的棄風(fēng)。這一天，總的可利用風(fēng)能23 607.5 MW．h．實(shí)際利用21 608.5 MW·h,棄風(fēng)8.47%。若高載能企業(yè)參與協(xié)調(diào)，新的風(fēng)電利用情況如圖6 b）所示，在高載能企業(yè)的調(diào)節(jié)下．系統(tǒng)利用風(fēng)能23 355.2 MW·h棄風(fēng)比例為1.07%，降低了7.40個(gè)百分點(diǎn)。更重要的是．系統(tǒng)總發(fā)電成本下降了12.70%。算例表明．高載能企業(yè)參與協(xié)調(diào)調(diào)度控制的效益在高可再生能源滲透率的情形下非�？捎^。在進(jìn)行協(xié)調(diào)調(diào)度的同時(shí)，高載能企業(yè)的隱私也得到了保護(hù)，模型具有一定的實(shí)用性。

5結(jié)語(yǔ)

    本文結(jié)合目前可再生能源發(fā)電以及高載能企業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，針對(duì)甘肅省風(fēng)光消納的現(xiàn)狀，分析了高載能企業(yè)在參與電網(wǎng)調(diào)度以促進(jìn)可再生能源消納方面的潛力。在此基礎(chǔ)上，提出了含高載能企業(yè)的“荷一網(wǎng)一源”協(xié)調(diào)控制體系。本文初步分析了將高載能企業(yè)納入?yún)f(xié)調(diào)控制的“荷一網(wǎng)一源”協(xié)調(diào)控制機(jī)理、  “荷一網(wǎng)一源”協(xié)調(diào)控制模型及高載能企業(yè)和電網(wǎng)間協(xié)調(diào)模式等幾個(gè)關(guān)鍵問題，并建立了基于分布式調(diào)度方法的“荷一網(wǎng)一源”協(xié)調(diào)調(diào)度模型．該模型在實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)優(yōu)化的同時(shí)，考慮了高載能企業(yè)的隱私保護(hù)。此外，本文還通過(guò)簡(jiǎn)

單算例展示了高載能企業(yè)參與協(xié)調(diào)調(diào)度的效益和分布式調(diào)度模型的可行性。未來(lái)，  “荷一網(wǎng)一源”協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)將在甘肅省電網(wǎng)公司牽頭下展開研制和工程示范，預(yù)期這一系統(tǒng)將顯著促進(jìn)可再生能源的消納。

6摘  要：隨著中國(guó)可再生能源基地建設(shè)的快速推進(jìn)，由于傳輸容量限制、調(diào)峰能力不足、備用不足等原因引起的棄風(fēng)、棄光問題日益嚴(yán)峻。針對(duì)可再生能源的消納問題，分析了負(fù)荷側(cè)的高載能企業(yè)的調(diào)控特性，結(jié)合高載能企業(yè)的經(jīng)營(yíng)現(xiàn)狀，分析得出高載能企業(yè)具備參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)、增加可再生能源消納的能力，提出了考慮高載能企業(yè)的“荷一網(wǎng)一源”協(xié)調(diào)控制的思路，建立了考慮高載能企業(yè)隱私的分布式調(diào)度的閉環(huán)協(xié)調(diào)求解模型，并通過(guò)算例初步展示了“荷一網(wǎng)一源”協(xié)調(diào)的效益。